平板显示技术显示技术基础

平板显示技术显示技术基础第一页，共五十七页，2022年，8月28日一显示技术基础第二页，共五十七页，2022年，8月28日Questions:

显示器是为了如实再现现实世界！1、如何获得“全彩”显示？2、如何实现“动态”视频显示？3、如何在显示器上再现“现实”世界？第三页，共五十七页，2022年，8月28日主要内容－显示技术基础复习光度学及色度学基本知识，介绍显示相关基础知识

1.人眼视觉系统的构造及其基本特性

2.与显示技术相关的视觉特性

3．光度学、色度学：色度图、加法混色（同时加色、继时加色、空间加色）

4.显示器的主要评价特性

5.显示系统要求：gamma校正，灰度产生、能耗、亮度、临界闪烁频率等

（显示原理和驱动原理的知识将贯穿于后面各种显示）第四页，共五十七页，2022年，8月28日1、人眼视觉基本特性感光细胞（锥体细胞、杆体细胞）

－rodsareresponsibleforvisionunderscotopicconditions;(200Mrods)暗视觉，不能感知颜色

-conesareresponsibleforvisionunderphotopicconditions.(5Mcones)明视觉，能分辨颜色第五页，共五十七页，2022年，8月28日视觉的基本功能光与可见光：

（对光的实际明暗感觉和色彩感觉的描述详见光度学、色度学）

可见光：380～780nm第六页，共五十七页，2022年，8月28日眼球运动与视野人眼中央凹部分，由于没有引起光线散乱原因的其它干扰性细胞，故其结构是利于得到光学上清晰、鲜明图像的。为了在中央凹处摄入想看见的图像，眼睛必须来回动作，将其称为注视性的眼球运动。观察二维图像时：眼球运动主要是与跳跃性运动和随从性运动有关，此时两眼的转动方向是相同的（共同运动）；观察三维立体对象：还要增加眼球转动方向左右相反的所谓对视、聚散运动。第七页，共五十七页，2022年，8月28日跳跃性运动：当人观察一个静止影像时，眼球不会静止一处,通常停留在一处几百毫秒完成取像后，移到别处取像，如此持续不断，这种运动称为跳跃性运动(saccadiceyemovement)。研究表明跳跃性运动可以增大对比敏感度，但敏感度峰值却减少。

随从性运动：观察一个运动物体，眼球会自动跟随其运动，这种现象叫随从运动(eyepursuitmovement)。这时眼球和物体的相对速度会降低，我们能更清晰地辨认物体。如果我们把眼睛跟着风扇转动方向转动，会发现对扇叶细节看得较清楚。眼球随从最大速度为4～5度/秒，因此我们不可能看清楚一颗子弹飞行。

辐辏运动:正前方的物体从远处移向眼前时，为使其在视网膜上成像，两眼视轴均向鼻侧靠近，称为辐合；物体由从眼前移向远处时，两眼视轴均向鼻侧分开，称为分散。辐合与分散的共同点是两眼视轴总是反向运动，称为辐辏运动固视微动：包括颤眼tremor，眨眼flick，漂眼drift.第八页，共五十七页，2022年，8月28日2显示相关视觉特性亮度的感觉视觉的图像分辨特性视觉的时间特性视觉的空间频率响应特性色觉机制纵深感觉机理运动的感觉第九页，共五十七页，2022年，8月28日视觉的动态范围与适应机能日常环境：晴天直射日光（照度10^5lx),月黑之夜（10^-3lx），我们的眼睛能够在此范围内有效工作通过改变瞳孔直径（约2～8mm，16倍）调节入射光量只改变瞳孔直径还不能完全适应实际环境中的光强度范围，需要接受光的锥体细胞、杆体细胞共同分担，改变自身的敏感度以适应光刺激强度。（暗适应性、明适应性）第十页，共五十七页，2022年，8月28日视敏度－分辨物体细节和轮廓的能力距离增加，人眼视敏度下降；(在设计监视器、电视等需考虑)亮度增加，视敏度增加：V＝alogI+b物体与背景之间对比度加大时，视敏度提高第十一页，共五十七页，2022年，8月28日视觉残留光刺激人眼时，作用于视网膜，产生兴奋再传至大脑，需要传导时间；而且光刺激在眼镜内所产生的兴奋并不随着刺激的中止而立即消失，会维持若干时间。－－视觉残留

显示利用此效应生活中常感受到的动态模糊，运动残像也和这个有关。很多电子产品设计利用了这一现象，例如LED数码管的动态扫描，LED旋转字幕等。

第十二页，共五十七页，2022年，8月28日视觉的时间特性－－临界闪烁频率CFF当闪光频率达到一定程度时，人眼就不再感觉得到闪光，而是感到一种固定的或连续的光，该频率称为临界闪烁频率。f>CFF时，眼睛感觉到的视亮度为：

CFF受刺激的强度、刺激的面积、背景光、刺激光的颜色等影响。

NOTE:电视机的场频为50Hz

电影的放映速度为每秒24帧－>插入黑屏->消除闪烁第十三页，共五十七页，2022年，8月28日时间频率即画面随时间变化的快慢。用亮度按时间正弦变化的条纹做实验，亮度Yt)=B(1+mcos2πft)。改变m,测试不同时间频率f下的对比敏感度。

实验表明时间频率响应还和平均亮度有关。在一般室内光强下，人眼对时间频率的响应近似一个带通滤波器。对15~20Hz信号最敏感，有很强闪烁感，大于75Hz响应为0，闪烁感消失。在较暗的环境下，呈低通特性，且CFF会降低，这时对5Hz信号最敏感，大于25Hz闪烁基本消失。电脑显示器亮度较大，需要75Hz闪烁感才消失。闪烁消失后，亮度感知等于亮度时间平均值(塔鲁伯法则)。这种低通特性，也可以解析为视觉暂留特性，即当影像消失/变化时，大脑的影像不会立刻消失，而是保留一个短暂时间。第十四页，共五十七页，2022年，8月28日视觉的空间频率响应特性（1）反映观察具有某种空间频率的条纹图形时，视觉系统的对比敏感度与条纹图的空间频率之间的关系。

TOOUTLINE第十五页，共五十七页，2022年，8月28日视觉的空间频率响应特性（2）用亮度呈空间正弦变化的条纹做测试，亮度Y(x,y)=B(1+mcos2πfx),给定条纹频率f为一固定值(看作是宽度)，改变振幅m(看作对比度)，测试分辨能力。显然m越大分辨越清楚，测试不同条件下(不同cpd)可分辨的最少m值，定义1/mmin为对比敏感度(contrastsensitivity)。定义人眼的对空间感觉的角度频率：cpd:

cycle/degree，表示眼球每转动一度扫过的黑白条纹周期数。对给定的条纹，这个值与人眼到显示屏的距离有关，对于同样大小的屏幕，离开越远，cpd越大。

第十六页，共五十七页，2022年，8月28日视觉的空间频率响应特性（3）通常人眼对空间的感觉相当于一个带通滤波器。最敏感在2~5个cpd，空间截止频率为30cpd。我们看油画和电视机屏幕时，当距离离开一定远，cpd增大，人的眼睛就分辨不了象素点细节，便感觉不到颗粒感了。Q:电视与户外LED屏对象素间距的要求有什么不同？

第十七页，共五十七页，2022年，8月28日3光度学、色度学知识回顾辐射量：光是可被人体视觉感受的电磁波，可用电磁波的物理量来描述，称为辐射量描述法。光学量：人眼对同等大小的辐射量而波长不同的光的视觉感受是不一样的，既不同的光对人眼的刺激程度不一样，用人的这种视觉感受（响应）来表征可见光的量称为光学量。色度学：以物理光学、视觉生理学和视觉心理学等学科为基础的综合性学科。对颜色进行测量和标定的一门多学科的领域。现在的彩色电视系统的基本色彩设计技术是建立在色度学基础之上的。第十八页，共五十七页，2022年，8月28日视见函数表征人眼对不同波长光平均相对灵敏度的函数，又称视觉灵敏度，用表示。第十九页，共五十七页，2022年，8月28日

光通量：描述客观辐通量所引起的人眼视觉强弱的物理量，单位是流明/瓦（lm/W)第二十页，共五十七页，2022年，8月28日发光强度单位立体角内发出的光通量。均匀点光源单位坎德拉（cd)

1坎德拉是一光源在给定方向上德发光强度，该光源发出频率为540×1012Hz（即波长为555nm）的单色辐射，且在这方向上辐强度为1/683(W/Sr)。Or第二十一页，共五十七页，2022年，8月28日光亮度

为了描述有限大小的光源光通量的空间分布。元面积为dA的光源，在与其法线成角的方向上，在元立体角内发射的光通量。OTOOUTLINE第二十二页，共五十七页，2022年，8月28日色度学－测色基础利用测光量来表示基于人们视觉心理的心理物理量的方法。颜色属性的定量表现方法，简称表色。测色－－用基于人们的视觉心理的方法测定颜色表色－－将测试结果定量的表示将表色过程中所采用的一联串体系，称为表色体系。表色体系分为：显色系－按照所见颜色对颜色进行分类、整理，芒塞尔表色体系混色系－通过光的混色实验，按照必要的基准色光的混合量，对某种颜色与基准色是否相等作出判断的表色体系，CIEXYZ表色体系第二十三页，共五十七页，2022年，8月28日显色系色彩Hue，依照红、黄、绿等颜色称谓来进行颜色分类；

-Ex:Red,Green,Blue,Yellow,Cyan,etc.亮度lightness，基于颜色的明暗感觉进行分类；

-Intensitythatlightisreflectedonanobject.

-Ex:White,Gray,Black色品chroma，基于颜色的鲜艳饱和程度进行分类

-Levelofcolorthatisnotdilutedtoawhitecolor.

-Colorwithhighsaturation:clearandactivecolor(Ex:Red)

-Colorwithlowsaturation:fadedorfaintcolor(Ex:Pink)第二十四页，共五十七页，2022年，8月28日第二十五页，共五十七页，2022年，8月28日混色系统混色系统：此系统是根据论与实验认为所有色彩都可以由红、绿、蓝色光三原色混合而成，此三原色称为光的原刺激值；因此在选定色料时，可用仪器量测出色料的三刺激值，使色彩的刺激与颜色的感觉能以定量的方式表达，此三种原色的刺激量即称为三刺激值（tristimulusvalues）；此表色法目前以国际照明委员会CIE系统最为普遍。

第二十六页，共五十七页，2022年，8月28日若以CIE标准照明体照射在色物体上，并由CIE标准观测者的配色函数测色，则此物体的颜色可由下列数学式获得。其中P

为标准光源的光能量分布值R

为色物体的分光反射率分布值为CIE配色函数的三刺激值Δ

为测定值的波长间隔，一般为20nmK为校正因素；其目的是使X,Y,Z三值不受Δ大小影响，而应由P及R来决定第二十七页，共五十七页，2022年，8月28日ColorDisplayX=K

∫S(λ)T(λ)x(λ)dλ380780Y=K

∫S(λ)T(λ)y(λ)dλ380780Z=K

∫S(λ)T(λ)z(λ)dλ380780K=∫S(λ)y(λ)dλ380780100S(λ):SpectraldistributionofstandardilluminantR(λ):reflectanceorpermeabilityoftheobjectK:CoefficientCalculationofthreeacmesThreeacmes第二十八页，共五十七页，2022年，8月28日ColorDisplayCIE1931DiagramCIE1976UCSDiagramx=X+Y+ZXy=X+Y+ZYu’=X+15Y+3Z4Xv’=X+15Y+3Z9Y※UCS:UniformColorSpace第二十九页，共五十七页，2022年，8月28日计算三刺激值第三十页，共五十七页，2022年，8月28日CIE色度图色纯度与显示器的色域范围第三十一页，共五十七页，2022年，8月28日色度坐标只规定了颜色的色度，而未规定颜色的亮度，若要唯一地确定某颜色，还必须指出其亮度特征，也即是Y的大小

第三十二页，共五十七页，2022年，8月28日加法混色混合后亮度增加同时加色继时加色空间加色第三十三页，共五十七页，2022年，8月28日第三十四页，共五十七页，2022年，8月28日减法混色混合后亮度减小日常生活中，颜料、油漆等的混合配色是减色法彩色影片的画面是由黄、青、品红三种染料按减色法原理构成的TOOUTLINE第三十五页，共五十七页，2022年，8月28日4.显示器的主要评价特性第三十六页，共五十七页，2022年，8月28日Viewangle视角

－－Aconeperpendiculartothedisplayinwhichminimumcontrastcanbeseen.第三十七页，共五十七页，2022年，8月28日子像素(subpixel)、象素(pixel)Resolution分辨率/解析度

主要取决于液晶屏幕的像素点，不是取决于尺寸.分辨率既可以用规格代号表示，如VGA和XGA等，也可以用“水平像素数×垂直像素数”的数字表示pixel第三十八页，共五十七页，2022年，8月28日点距Pixel(Dot)Pitch

--Thedistancebetweenonepixeltoadjacentpixelwhichgivesageneralideaofthemonitorsabilitytoproduceimage.点距是指屏幕上两个相邻荧光点的距离，点距越小，显示器显示图形越清晰高分辨率不等于高清晰度

分辨率代表电视机表现图像细节的能力，一般是用水平和垂直的像素数来表示；而图像清晰度是指人眼可以主观感受到的图像细节的清晰程度，它不仅仅是由分辨率的高低来决定的。在显示静态画面时，图像清晰度主要受分辨率、亮度等因素的影响；而显示动态图像还要受其它因素的影响，比如电视机的响应时间越长，图像“拖尾”现象越严重，将对图像的动态清晰度产生较大影响根据国家数字电视高清标准规定，平板电视的静态清晰度必须达到720线以上才能称为高清电视，而分辨率达到1366×768的电视不一定就是高清电视第三十九页，共五十七页，2022年，8月28日Responsetime响应时间

象素接受到信号后，由白转黑Tf及由黑转白Tr所需转变时间响应时间太长，会出现拖尾或余像，使运动图像模糊第四十页，共五十七页，2022年，8月28日Contrastratio对比度

－指影像主体的视觉效果与其它物体及背景的差别大小，

CR=Lmax/Lmin

－对比度越高，色彩越趋于鲜艳饱和，立体性也较好。反之，对比度低时，色彩会显得呆板第四十一页，共五十七页，2022年，8月28日ColorSaturation饱和度

色彩的纯度，即色彩的鲜艳程度较高的色彩饱和度可使显示器更加艳丽；饱和度越低时，颜色越趋近灰色。第四十二页，共五十七页，2022年，8月28日色温ColorTemperature⇒IfcertainlightisinaccordancewiththetraceofBlackBody,.⇒CorrelatedColorTemperature:GenerallighthasthecolortemperatureofthenearestpointonblackbodybecauseitsspectraldistributiongetsoutofcompleteradiantbodyanditiscalledCorrelatedColorTemperature.-TVsetcolortemperature:12,000∼13,500˚K-ComputerMonitor:9,300˚K※ExampleofColorTemperature-Glowlamp:3,200˚K-Fluorescentlamp:4,500∼6700˚KColorTemperatureCorrelatedColorTemperatureBlackBody第四十三页，共五十七页，2022年，8月28日ColorGamut⇒ColorscopecanbeexpressedbytheDisplaySystemItshowswithrelativearearatiowhendrawntriangularareaiscomparedwithNTSCcolorcoordinatesareaconnectingcolorcoordinatesmeasuredonsampleandthevalueofNTSCcoordinatesis100.ColorgamutscopeofNTSCColorgamutscopeofmeasuredsampleColorGamut(%)=

0.1582S×100.

※ExamplesofColorGamutScope

-Personaleyes:morethanabillioncolors-Monitor:1,600,000Color-PhotoFilm:10,000∼15,000Color-Print:5,000∼6,000Color※NTSC:NationalTelevisionStandardCommittee-NTSCregularhue:WhenR=(0.67,0.33),G=(0.21,0.71),B=(0.14,0.08),theNTSCcolorcoordinatesareais0.1582.-WhenRGBcolorcoordinatesofDisplayareseverally(a1,b1)(a2,b2)(a3,b3),triangularareaofthreepointsisasfollows.

S=1/2〔(a1b2+a2,b3+a3,b1)－(b1a2+b2a3+b3a1)〕TOOUTLINE第四十四页，共五十七页，2022年，8月28日第四十五页，共五十七页，2022年，8月28日FPD发展技术展望第四十六页，共五十七页，2022年，8月28日5显示系统要求画面质量心理评价相关的心理物理量相关的物理量明暗、对比度明暗性亮度光泽对比度画面质量峰值亮度反差比－－－色调自然性质感色调特性（gamma）动态范围视感评价S/N比及MTF量化直线性量化位数－色彩色彩质量测色学的色再现基准白色记忆色的再现色度分光辐射特性－－精细度分辨率精细度鲜明性最大分辨率－视觉评价MTF点大小、MTF象素数，画面尺寸锐度响应特性动作的自然度动态分辨率视觉的动态分辨率残光时间，响应特性帧内保持时间干扰映入反射闪烁感粗糙感失真斑点缺陷等镜面反射亮度临界重合频率CFF视感评价S/N比－－－脉动比S/N比（包括粒状性）伪轮廓，条状跳动形状，大小，数，位置第四十七页，共五十七页，2022年，8月28日

SmoothInterface

VisualSystem

DisplaySystemHumanFactorsVisualSystemPhysicalParameterEasinessRealisticFatigueAccomodationVisualFieldEye`smovementDisplaySizeViewDistanceLuminanceSensitvityLuminanceAccomodationLuminanceAttractivenessDiscriminationLegibilityColorSensitvityColorAccomodationColor/ChromaticityContrastFidelityReadabilityVisualAcuityMTFSpatialResolutionFidelityStabilityCFF(CriticalFlickerFreq.)TemporalResolutionFidelityNaturalityluminanceRecognitionGreyLevelResolution第四十八页，共五十七页，2022年，8月28日第四十九页，共五十七页，2022年，8月28日5.1gamma校正第五十页，共五十七页，2022年，8月28日为什么需要gamma校正？Gamma参数，描述了光强度或亮度再生的非线性原因1：Considerthemonitorablackbox，显示器的光强度再现是输入电压的非线性函数

--input:graylevel(pixelvalue)

--output:luminance电视系统，从摄像机摄入图像到显示屏再现图像，要经过多个子系统；而，摄像系统和显